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Gestione delle risorse: Rifiuto/
Sottoprodotto
Faenza, 25 Febbraio 2014
Marco Dalla Rosa
Centro Interdipartimentale di Ricerca Industriale
Agroalimentare
Alma Mater Studiorum Università di Bologna
Campus di Cesena
venerdì 28 febbraio 2014
OUTLINE
Premessa
Utilizzo di Scarti e Residui della lavorazione
agricola: la bioraffineria
Il problema del packaging e la Bioeconomy
Lo spreco alimentare
Utilizzo di Scarti e sottoprodotti di processo in
uso alimentare
Caratteristiche funzionali dei componenti
recuperati
Utilizzo composti di valore funzionale nel food
design
Conclusioni
venerdì 28 febbraio 2014
M.DallaRosa,UNIBO2013©
ITALY and Emilia Romagna: On the Top in Food culture
2
257: Highest number of
Geographical indications
and traditional
specialities
venerdì 28 febbraio 2014
M.DallaRosa,UNIBO2013©
Le sfide e le opportunità: Beyond the borders
society &
Consumer’s
well being
sustainability
crossing
nutritional, clinical,
psicological,
social, cultural
Environments
3
Changing Food Technology
paradigm
venerdì 28 febbraio 2014
The Bioeconomy
Using research and innovation to produce renewable raw
materials sustainably in agriculture, forestry, fisheries
and aquaculture…
5
…and to process renewable raw materials into value added
products in the food, bio-based and energy industries.
J. Lucas, 2013
venerdì 28 febbraio 2014
OUTLINE
Premessa
Utilizzo di Scarti e Residui della lavorazione
agricola: la bioraffineria
Il problema del packaging e la Bioeconomy
Lo spreco alimentare
Utilizzo di Scarti e sottoprodotti di processo in
uso alimentare
Caratteristiche funzionali dei componenti
recuperati
Utilizzo composti di valore funzionale nel food
design
Conclusioni
venerdì 28 febbraio 2014
7
White/Industrial Biotechnology (IB):
a common challenge for the Technological
Platforms "SusChem" and "Food for Life“
at the European and Italian level
Fabio Fava
Ph.D., Professor of Industrial & Environmental
Biotechnology
Faculty of Engineering
Alma Mater Studiorum – University of Bologna
E-mail: fabio.fava@unibo.it
venerdì 28 febbraio 2014
8
Food-industry
surplus
Tailored crops
Sugars
(Lipids, Proteins,
other chemicals)
Biochemical treatment
Food and
nutrition
products, new
ingredients
with
beneficial
health
properties
“ C o n s t r u c t i o n ” o f
p l a n t s w i t h b e t t e r
sensory, nutritional and
production properties
Proper enzymes
and/or microbes
in a suitable biotech
process
New/improved
fermentative
and enzymatic
products with
beneficial
health
properties.
Improved
production of
microbes
carrying
bioactive
agents
IB for “Food for Life” : food quality & manifacturing
Food-industry
residues, wastes
Agro-industry
residues & surplus
Prof. Fabio Fava - UNIBO
venerdì 28 febbraio 2014
9
Biomass,
Agroindustry
(by)products
Sugars
(Lipids, proteins,
etc
Biospecialties
Food ingredients
Pharmaceuticals
Fine chemicals
Biomaterials
Fine chemicals
Chemo-physical treatment
and/or enzymes
Biofuels
Ethanol, biodisel
Hydrogen, biogas Bulk chemicals
Base Chemicals
Plants for
the Future
and
EPOBIO
Innovative and
sustainable
use of forest
resources
Food
for
Life
Biofuels
White Biotech/IB in the Food Value Chain
IB: a common challenge for different ETPs
H2 &
fuel
cells
Textile &
chlotings
White Biotech/IB in the Non Food Value Chain
Prof. Fabio Fava - UNIBO
venerdì 28 febbraio 2014
OUTLINE
Premessa
Utilizzo di Scarti e Residui della lavorazione
agricola: la bioraffineria
Il problema del packaging e la Bioeconomy
Lo spreco alimentare
Utilizzo di Scarti e sottoprodotti di processo in
uso alimentare
Caratteristiche funzionali dei componenti
recuperati
Conclusionivenerdì 28 febbraio 2014
Packaging sostenibile
Biodegradabilià
Biopolimeri
Riciclabilità
Clean stream di
poliolefine
Vetro
Metalli
11
venerdì 28 febbraio 2014
Toward an eco-design of safe and
sustainable bio-based packaging
for food
Nathalie GONTARD, EcoBioCAP coordinator, INRA, France
H. ANGELLIER, C. GUILLAUME, V. GUILLARD (Univ. Montpellier II, Fr.),
C. SCHÖNWEITZ (Fraunhofer IVV, Ge.), F. FAVA (Univ. Bologna, It.), C.
LAGARON (CSIC, Es.), M. MAJONE (Univ. Roma. It.)
venerdì 28 febbraio 2014
M.DallaRosa,UNIBO2013©
EFFoST 2013: Sessions Map & Topics
4
Food Security, Health, Food Safety,
Climate Change and Sustainability are
keywords of the next Horizon 2020
Societal Challenges.
Chair M. Dalla Rosa
venerdì 28 febbraio 2014
INPUTS =
Resources used
Exhaustion vs
Renewing
• Energy
• Materials
• Land
• Air
• Water
• Soil
• Waste
OUTPUTS =
Emissions to…
Accumulation vs
Elimination
Raw materials production
or acquisition
Manufacturing,
processing,
formulation
Distribution,
transportation
Use, reuse,
maintenance
Waste production &
management
14
Obsolescence vs
Sustainability
What sustainable
means?
Nathalie GONTARD, EcoBioCAP coordinator, INRA, France
venerdì 28 febbraio 2014
Fresh fruits and vegetables losses (FAO)
Food and sustainability
Nathalie GONTARD, EcoBioCAP coordinator, INRA, France
venerdì 28 febbraio 2014
Food production Food losses vs. Food waste
Up to 40%
Production, distribution,
consumption
Developing countries Developped countries
Up to 20%
responsible for obesity and
other diseases
Less than 50% of production
reach the target
15% missing food
16
Food and sustainability
Nathalie GONTARD, EcoBioCAP coordinator, INRA, France
venerdì 28 febbraio 2014
Food and sustainability
Lotta allo spreco
alimentare
venerdì 28 febbraio 2014
Cicli di vita dei polimeri Biodegradabili
18
venerdì 28 febbraio 2014
Molecular
(WP2)
Nanoscopic
(WP2,3)
Microscopic
(WP3,4)
Macroscopic
(WP3,4)
Scales
EcoBioCAP
By-products
Stakes
Industrial
(WP1,6)
Consumer
(safety & quality)
(WP4,6)
Environmental
(WP1,5)
STRATEGY
Nathalie GONTARD, EcoBioCAP coordinator, INRA, France
http://www.ecobiocap.eu/
venerdì 28 febbraio 2014
Necessario valutare l’idoneità tecnologica
20
• Orientamento ad una
sempre più ridotta
dipendenza dalle
risorse fossili:
economia “biobased” e
conseguente recupero
di energia
• Sviluppo di nuovi
materiali “amici
dell’ambiente”
• Maggior valore
aggiunto sul prodotto
finale e minore
impatto ambientale
venerdì 28 febbraio 2014
Texture Analyser TA.HDi type,
with a Tensile Grip (A/TG)
accessory
Perkin-Elmer type Pyris
DSC-6 Instrument
Shimadzu DTG-60
simultaneous DTA-TG
apparatus
Sample Thickness
Tester DM-G
Perkin-Elmer-1725-X
spectrophotometer
GDP-C Brugger
Feinmechanik GmbH
permeability device
Characterization
venerdì 28 febbraio 2014
Lyfe Cycle Assessment (LCA) can
help set the right direction for
product innovation
Human Health
Ecosystem Quality
Climate Change
Resources
Damage Category
Environmental
Indicators
Energy consumption
Water consumption
Solid waste
Global warming
Ozone depletion
Human toxicity
Acidification
Eutrophication
Aquatic ecotoxicity
Multilayer Polymer Bag for Food Packaging Application
venerdì 28 febbraio 2014
LCA imballaggio alimentare
23
venerdì 28 febbraio 2014
©MARCODALLAROSA,UNIBO,2010
Bando “Dai distretti produttivi ai distretti
tecnologici”
Progetto TEPASS
! Obbiettivo: testare una nuova tecnologia del settore plastico: un
masterbatch pellets in granuli in grado di aumentare la biodegradabilità delle
materie plastiche in alternativa alle ormai tradizionali "bioplastiche".
 Gli additivi, offrono prodotti biodegradabili ma non propriamente
compostabili
Tali additivi, combinati con le resine plastiche tradizionali con un carico del solo
1%, rendono i prodotti finali completamente biodegradabili
 La biodegradazione degli imballagggi realizzati con l'aggiunta degli additivi
inizierà soltanto quando, terminato il loro naturale ciclo di vita e d'utilizzo, questi
verranno a contatto (in discarica, nei compost, interrati o in qualsiasi altro
luogo) con un'altra sostanza che si sta biodegradando.
24
venerdì 28 febbraio 2014
CIRI Agroalimentare
• www.agroalimentare.unibo.it
• www.mam.unibo.it
• cirifood@unibo.it
• maurizio.fiorini@unibo.it
•vincenzo.tumiatti@unibo.i
t
• CONTATTI
• MatFood Project è un laboratorio
avanzato di ricerca industriale sulle
tematiche alimentari,
nutraceutiche, dei cosmetici e dei
materiali e tecnologie per il
packaging.
• Nato per rispondere alle richieste
interdisciplinari di un settore ad
altissima intensità tecnologica,
MatFood Project coordina le
attività di oltre 200 ricercatori con
una dotazione strumentale di
eccellenza, impegnati su decine di
contratti di ricerca privata e
numerosi progetti internazionali
finanziati dalla Comunità Europea.
• MatFood Project è una struttura
che si sviluppa direttamente
all’interno dell’industria
manifatturiera attraverso laboratori
“in azienda” in cui team misti
università-impresa sviluppano
soluzioni, prodotti e macchine
innovative per il settore alimentare.
• Nuovi materiali, nanotecnologie,
sensoristica avanzata, importanti
partnership industriali ed una
consolidata esperienza nelle
tecnologie alimentari e
nutrizionistiche consentono a
MatFood Project di progettare
soluzioni innovative, realizzare
prototipi e testarli sul campo.
venerdì 28 febbraio 2014
OUTLINE
Premessa
Utilizzo di Scarti e Residui della lavorazione
agricola: la bioraffineria
Il problema del packaging e la Bioeconomy
Lo spreco alimentare
Utilizzo di Scarti e sottoprodotti di processo in
uso alimentare
Caratteristiche funzionali dei componenti
recuperati
Conclusioni
venerdì 28 febbraio 2014
Esempio N.1: Produzione di
Biovanillina da Crusca (a)
Obiettivo: Sviluppare un processo per la produzione di vanillina naturale da
crusca di grano (con Prof. M. Ruzzi, Univ. Viterbo e Prof. L. Setti, Univ.
Bologna).
Sponsor: MIUR (2 PRIN, 2002-05); Azienda (2006-08); FP7 NAMASTE (‘10-’12)
Razionale:
La Vanillina e’ uno dei flavour piu’ usati (12.000 ton/anno)
E’ prodotta al 97% via ossidazione chimica di Guaiacolo e Lignina ( ~13 €/kg).
La vanillina naturale si ottiene da Vanilla sp. (1% del mercato; ~2,000 €/kg).
Puo’ essere anche prodotta da Acido Ferulico via conversione microbica;
I costi della produzione biotecnologica possono essere ridotti usando
microorganismi piu’ specifici, Acido Ferulico da sottoprodotti largamente
disponibili a basso costo, come la crusca di grano (1.7 mil ton/anno in Italia), che
lo contiene in grandi quantita’ (5 g/kg), attraverso un processo intensificato.
Attivita’: a) pretrattamento enzimatico crusca per generare Acido Ferulico, b)
ottenimento di un microorganismo produttore di vanillina e c) sviluppo di
processo per la produzione e il recupero del prodotto.
By courtesy of Prof. F. Fava
venerdì 28 febbraio 2014
Obiettivo: messa a punto di una strategia per la valorizzazione integrata
dalle acque di vegetazione (~4 Milioni Ton/anno in Italia), attraverso la
produzione di poliidrossialcanoati (PHA) ma anche polifenoli e biogas.
(collaborazione con Prof. M. Majone, Università di Roma “La Sapienza”)
Sponsor: MIUR (PRIN 06-07), Fondaz. Monte (08); FP7 EcoBioCap (11-14)
Razionale:
PHA sono polimeri biodegradabili, biocompatibili e, in particolare i copolimeri
Poliidrossibutirato/Poliidrossivalerianato, hanno proprieta’ simili al
polipropilene a bassa densita’. Molto interessanti per imballaggi alimentari.
La loro produzione e’ di 45000 ton/anno ma diverra’ di 10 Milioni ton/anno
nel 2020. Il loro costo (produzione con coltura pura su glucosio) e’ di 9€/kg
(contro 1 €/kg del polietilene). Questo puo’ diminuire se li si produce da un
rifiuto/effluente agroindustriale molto disponibile a basso costo, quale le
acque di vegetazione.
Approccio: Produzione di PHA da acque di vegetazione via loro digestione
anaerobica verso acidi grassi (VFA) poi impiegati per alimentare colture
miste acclimatate che producono PHA. I PHA vengono poi recuperati dalle
cellule.
Esempio 2: Valorizzazione integrata
di acque di vegetazione (a)
By courtesy of Prof. F. Fava
venerdì 28 febbraio 2014
NAMASTE - EU
New Advances in the integrated Management
of food processing wAste in India and Europe:
use of Sustainable Technologies for the
Exploitation
of by-products into new foods and feeds
KBBE-2009-2-7-02 “Valorization of by-products in food
processing”
Collaborative project (small/medium scale) in coordination
with DBT (India)
Coordinatore: Fabio Fava
DICAM, Alma Mater Studiorum-University of Bologna - Italy
( fabio.fava@unibo.it)
venerdì 28 febbraio 2014
Approccio
MARKETRAW
MATERIA
L
FOOD
PROCESSING
BYPRODUC
TS
Characterization &
Preservation
Pre-treatment &
Ingredient recovery
New foods formulation
(innovative and
sustainable processes/
technologies)
New feeds (for
aquaculture)
Assessment of
products & processes/
technologies
Identification of new
market opportunities
Knowledge
transfer &
exploitation
By courtesy of Prof. F. Fava
venerdì 28 febbraio 2014
OUTLINE
Premessa
Utilizzo di Scarti e Residui della lavorazione
agricola: la bioraffineria
Il problema del packaging e la Bioeconomy
Lo spreco alimentare
Utilizzo di Scarti e sottoprodotti di processo in
uso alimentare
Caratteristiche funzionali dei componenti
recuperati
Utilizzo composti di valore funzionale nel food
design
Conclusioni
venerdì 28 febbraio 2014
9 novembre 2006
approccio PAN & TAILORED FOODS (cibi su misura)
Food and Drink Europe,
Nov. 2006
Evidente un’urgente
necessità per
incrementare gli
investimenti in R&D per
supportare l’innovazione
e promuovere la
creazione di prodotti a
valore aggiunto più
elevato
venerdì 28 febbraio 2014
Incremento di funzionalità e sostenibilità
Prodotti tradizionali arricchiti o fortificati
Valutazione della reale efficacia degli interventi di
arricchimento
Controllo dei benefici in vivo necessario per claims
Simulazione di rilascio bioattivi in fase digestiva
33
Numerosi esempi:
Yogurt con steroli / prebiotici
Patate al Selenio
Piadina al Selenio
Latti con fitosteroli e β-glucani
Prodotti da forno con steroli
Riscoperta di cereali antichi con maggiori
funzionalità
..............
venerdì 28 febbraio 2014
31
Caratterizzazione e produzione di ingredienti
•Coloranti da fonti naturali vegetali, bacche e frutta
•Alternativa ai coloranti sintetici o naturali estratti
da fonti non alimentari
venerdì 28 febbraio 2014
© M. Dalla Rosa UNIBO 2013
utilizzo emergente della CO2 nella
tecnologia alimentare
ottenimento concentrati a media polarità,
solubili anche nei lipidi, ottenuti per via
fisica, senza solventi
35
Evoluzioni / Ricerca nel Food Design : estrazione con
CO2 in fase supercritica da scarti e sottoprodotti
venerdì 28 febbraio 2014
©M.DallaRosa2011
Alma Mater Studiorum University of
Bologna
Campus of Cesena
Valorization of food residues in
sustainable food innovation and
new healthy food design
Scientific Responsible
Prof. Marco Dalla Rosa, PhD
Campus of Food Science
Piazza Goidanich 60
47521 CESENA (Italy)
marco.dallarosa@unibo.it
ETP Food For Life Brokerage Event, Bruxelles, 22.11.11
venerdì 28 febbraio 2014
©M.DallaRosa2011
- -
Identification of potential raw materials
venerdì 28 febbraio 2014
©M.DallaRosa2011
Sustainable food design: layers of
intervention
venerdì 28 febbraio 2014
©M.DallaRosa2011
Characterization and conversion into ingredients
- -
venerdì 28 febbraio 2014
©M.DallaRosa2011
- -
Design of healthier foods and meals at sustainable cost
venerdì 28 febbraio 2014
Popolazione a rischio povertà
at-risk-of-poverty (ROP)
threshold, stabilito al 60 %
del valore mediano del
guadagno disponibile dopo
aver considerato gli aiuti
sociali
Individuazione delle abitudine
della popolazione ROP
valutazione delle carenze o
sbilanciamenti nutrizionali
formulazione (Food design
anche questo) usando
ingredienti funzionali al
bilanciamento della dieta dei
ROP ma a basso costo
41
venerdì 28 febbraio 2014
CENTRO	
 LERICI	
 -	
 BERTINORO	
 10.12.2009
©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009
Ricerca EU
• KBBE.2010.2.3-03 Health-value-added food
products for population groups at risk of poverty
• ….. The health-value-added food products should be
developed considering lower production costs, high
accessibility, convenience, sensory quality, nutritional
quality, shelf-life, and safety.
venerdì 28 febbraio 2014
CEN workshop Agreement x Chance Food
 1 Scope
This document specifies the general, specific requirements
and labeling criteria of CHANCE food. It proves specific (as
describe below) requirements relevant to raw and functional
ingredients, food design and formulation, production
process, packaging design and analytical approach for fruit,
vegetables and animal origin based CHANCE food and
ready-to eat- CHANCE pizza.
Moreover it provides general labeling requirements for
CHANCE food.

43
venerdì 28 febbraio 2014
Utilizzo sottoprodotti
1. Berry cakes
 fibre ingredients from the berry press cake (by product of berry juice process)
which could be used in different type of products (yogurt, soup or shot).
2. Bioprocessed brans
 fermentation with lactic acid bacteria has a well-known role in enhancing the
nutritional properties as well as the texture and palatability of whole grain and
fibre rich products.
 Lactic acid bacteria fermentation is a useful tool to obtain specific results
such as the increase in dietary fibre solubility and overall bioactivity, but
selection of appropriate strains is an important pre-requisite for successful
achievements.
 The effect of bioprocessing on different particle size bran to enhance its
nutritional properties have been investigated.
3. Tomato pomace (Tomato-processing by-product)
 However, it is well known that the main source of fibre, but also of other
micronutrients important for nutritionally correct food are contained in peels
and seeds. Unfortunately, these parts of fruits are usually discarded as the
by- products or the waste in majority of commonly used processing
procedures applied in fruit and vegetable processing
44
venerdì 28 febbraio 2014
CENTRO	
 LERICI	
 -	
 BERTINORO	
 10.12.2009
©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009
Elenco proprietà funzionali
tecnologiche
•capacità di legare e
adsorbire acqua,
solubilità
•capacità emulsionante,
•capacità addensante,
•capacità adesiva,
•capacità dispersiva,
•capacità
solubilizzante,
•capacità gelificante,
•capacità schiumogena,
•capacità di legare
aromi
•capacità di rilasciare
aromi,
•capacità edulcorante,
•capacità acidificante,
•capacità
aromatizzante,
•capacità di abbassare
l’attività dell’acqua,
•capacità di innalzare la
temperatura di
transizione vetrosa
•proprietà antiossidante
•proprietà antimicrobica
venerdì 28 febbraio 2014
CENTRO	
 LERICI	
 -	
 BERTINORO	
 10.12.2009
©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009
Proprietà funzionali “protettive o
nutraceutiche” (bioattività)
• Effetto antiossidante antiradicalico (oxygen
scavenger)
• Promozione dello sviluppo della flora
intestinale (prebiotico)
• Bilanciamento nutrizionale (aa essenziali)
• Riduzione colesterolo, prevenzione tumori
intestinali, malattie cardiovascolari, diabete
venerdì 28 febbraio 2014
CENTRO	
 LERICI	
 -	
 BERTINORO	
 10.12.2009
©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009
Messa a punto di un
componente funzionale
proteico
Recupero, isolamento e
purificazione
delle proteine su scala
di laboratorio
Valutazione
proprietà
funzionali su
sistemi modello
Sperimentazione
del processo
ottimizzato su scala pilota
Feed-back /
ottimizzaz.
Condizioni
operative
Valutazione
proprietà
funzionali in
formulazione
si/no
si/no
ALL’USO
INDUSTRIALE
Modificazioni
delle proprietà
funzionali con
mezzi fisici
e/o chimici
e/o enzimatici
Studio fondamentale
relazioni tra
caratteristiche
chimico-strutturali
delle proteine
e proprietà funzionali
Feed-back / ottimizzaz. Condizioni operative
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CENTRO	
 LERICI	
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 BERTINORO	
 10.12.2009
©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009
Fattori che influenzano la
funzionalità
FATTORI INTRINSECI
• - composizione amminoacidica
• - sequenza amminoacidica
• - struttura secondaria e terziaria
• - forze di stabilizzazione intramolecolari (interazioni
ioniche e idrofobiche
• - carica netta superficiale, idrofobicità effettiva
• - struttura quaternaria
• - interazioni secondarie (intra e inter-peptide)
• - gruppi sostituenti (fosforico e glucidico)
• - legame e/o gruppo prostetico (ferro, calcio, lipidi)
• - gruppi disolfuro o tiolici
Idrolizzati proteici da sottoprodotti
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CENTRO	
 LERICI	
 -	
 BERTINORO	
 10.12.2009
©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009
Fattori che influenzano la
funzionalità
FATTORI ESTRINSECI
• Grado di degrassatura
• Rapporto proteine/ proteasi
• Tipo e condizioni di utilizzo di proteasi
• Trattamenti tecnologici di separazione
• Trattamenti termici
• Acidità / pH
• Forza ionica
• Reazione di Maillard in stoccaggio
Idrolizzati proteici da sottoprodotti
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CENTRO	
 LERICI	
 -	
 BERTINORO	
 10.12.2009
©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009
METODI DI VALUTAZIONE
DELLE PROPRIETA’
FUNZIONALI
• Approccio
interdisciplinare
• Analisi fine dei principi
molecolari alla base
della proprietà funzionali,
con mezzi analitici
chimici e fisici (NMR,
NIR, ecc.)
• Valutazione oggettiva
con parametri
fondamentali delle
modificazioni chimiche,
fisiche e enzimatiche
Studio e ricerca a livello molecolare
venerdì 28 febbraio 2014
CENTRO	
 LERICI	
 -	
 BERTINORO	
 10.12.2009
©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009
VALUTAZIONE DELLE
PROPRIETA’ FUNZIONALI
• Ogni singola proprietà considerata
singolarmente
• Forte semplificazione del sistema
• Carenza informazioni su relazioni tra
prop. Funzionali
• Difficoltà di trasferimento al sistema
reale
• Necessità di standards di riferimento
-Analisi su sitemi modello
Idrolizzati proteici da sottoprodotti
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 -	
 BERTINORO	
 10.12.2009
©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009
METODI DI VALUTAZIONE
DELLE PROPRIETA’
FUNZIONALI
• Maggiore affinità con lʼapplicabilità
pratica
• Scarsa ripetibilità
• Non considera alcune variabili
tecnologiche industriali
• Scarsa riproducibilità di scala
• Necessità di ricorrere a parametri
reologici fondamentali
• Necessità di evolvere dalla scala di
laboratorio a quella pilota
-Analisi su sistemi reali
Idrolizzati proteici da sottoprodotti
venerdì 28 febbraio 2014
CENTRO	
 LERICI	
 -	
 BERTINORO	
 10.12.2009
©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009
Dal componente funzionale alla formulazione:
Food / Feed (pet-food) design
Necessaria l’impostazione di un piano
sperimentale adeguato
•CRITERI:
Identificare ogni limite dei componenti della formulazione
al fine di specificare la regione sperimentale
•Identificare le variabili - risposta da misurare
• Impostare un modello appropriato per prevedere i risultati
in funzione dei componenti della miscela
•Selezionare un piano sperimentale appropriato 	

 (DOE)
Idrolizzati proteici da sottoprodotti
venerdì 28 febbraio 2014
CENTRO	
 LERICI	
 -	
 BERTINORO	
 10.12.2009
©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009
Proteine delle carni e
componenti funzionali
Yada, Proteins in food processing, CRC press, 2004
Idrolizzati proteici da sottoprodotti
venerdì 28 febbraio 2014
CENTRO	
 LERICI	
 -	
 BERTINORO	
 10.12.2009
©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009
Proprietà funzionali delle
proteine carnee e modo di azione
Yada, Proteins in food processing, CRC press, 2004
Idrolizzati proteici da sottoprodotti
venerdì 28 febbraio 2014
CENTRO	
 LERICI	
 -	
 BERTINORO	
 10.12.2009
©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009
Proprietà funzionali delle
proteine allo stato nativo
Solubilità Molto buona
Dispersione Molto buona
Capacità di legare acqua Buona
Viscosità Buona
Stabilità al calore Debole
Capacità schiumogene Buona
Stailità della schiuma Buona
Capacità emulsionante Buona
Stabilità dell'emulsione Molto buona
Attitudine alla gelificazione Molto buona
il trattamento
tecnologico di
produzione può
modificare la
struttura delle
proteine e di
conseguenza le
proprietà funzionali
Idrolizzati proteici da sottoprodotti
venerdì 28 febbraio 2014
CENTRO	
 LERICI	
 -	
 BERTINORO	
 10.12.2009
©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009
Cinetiche idratazione Siero UF
Tempo (giorni)
M(gH2O/100gs.s.)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 5 10 15 20
0,14 0,44 0,76 0,88 0,94 0,98
M finale
K= dM/dt
Giavedoni P., Bressa F. e Dalla Rosa M.: Proprietà funzionali di concentrati di
siero ottenuti per ultrafiltrazione. 2: Capacità di idratazione. Il Latte, 1, 71-74,
1995
Idrolizzati proteici da sottoprodotti
venerdì 28 febbraio 2014
CENTRO	
 LERICI	
 -	
 BERTINORO	
 10.12.2009
©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009
Isoterme di adsorbimento Siero UF
Attività dell'acqua
M(gH2O/100gs.s.)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
UF 1 UF 2
Giavedoni P., Bressa F. e Dalla Rosa M.: Proprietà funzionali di concentrati di
siero ottenuti per ultrafiltrazione. 2: Capacità di idratazione. Il Latte, 1, 71-74,
1995
Idrolizzati proteici da sottoprodotti
venerdì 28 febbraio 2014
CENTRO	
 LERICI	
 -	
 BERTINORO	
 10.12.2009
©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009
Capacità gelificante
• Gel proteico riferito ad una entità visoelastica costituita di
catene cross-linked in una struttura reticolare continua capace di
immobilizzare una elevata quantità d’acqua
Favorita da denaturazione
termica e idrolisi per
produrre polipeptidi in
strutture lineari in grado di
inglobare l’acqua
Tracciato reometrico di proteine
miofibrillari di fibre muscolari
di pollo
Yada, Proteins in food processing, CRC press, 2004
Idrolizzati proteici da sottoprodotti
venerdì 28 febbraio 2014
CENTRO	
 LERICI	
 -	
 BERTINORO	
 10.12.2009
©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009
Effetto idrolisi enzimatica
• Miglioramento delle proprietà funzionali
• Miglioramento della digeribilità
• Maggiore possibilità di utilizzo dietetico
• Utilizzo in formulazioni nutrizionali con
arricchimento di amminoacidi essenziali
• Maggiore possibilità di utilizzo di sottoprodotti
della macellazione
• Ingredienti per alimenti a basso costo (risk of
poverty)
Idrolizzati proteici da sottoprodotti
venerdì 28 febbraio 2014
CENTRO	
 LERICI	
 -	
 BERTINORO	
 10.12.2009
©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009
Criticità nell’utilizzo di
componenti / ingredienti
funzionali proteici
• Aspetti normativi / autorizzazioni
• Possibile presenza di aspetti sensoriali sgraditi
• Disomogeneità / incostanza delle materie prime
• Componenti non proteiche
– Dalla materia prima
– Dal processo biochimico
• Tendenze di mercato
– Riduzione numero di ingredienti
– Assenza di ingredienti semi-lavorati non disponibili al
consumatore
Idrolizzati proteici da sottoprodotti
venerdì 28 febbraio 2014
OUTLINE
Premessa
Utilizzo di Scarti e Residui della lavorazione agricola: la
bioraffineria
Il problema del packaging e la Bioeconomy
Lo spreco alimentare
Utilizzo di Scarti e sottoprodotti di processo in uso alimentare
Caratteristiche funzionali dei componenti recuperati
Utilizzo composti di valore funzionale nel food design
Conclusioni
venerdì 28 febbraio 2014
Horizon 2020 WORK PROGRAMME
63
venerdì 28 febbraio 2014
CIRI Agroalimentare Università di Bologna
Campus di Cesena59
Direttore
Prof. Marco Dalla Rosa
venerdì 28 febbraio 2014
ALMAFOOD IRT: FROM FORK TO FARM
Food and Health: Biochemistry, Physiology and Nutrition
Food and health: clinical aspects
Food safety
Plant food production
Quality and processing of plant - derived food
Animal food production
Quality and processing of animal- derived food and feed
By-products valorization
Environmental impacts and sustainability of food
production systems
venerdì 28 febbraio 2014
ALMAFOOD IRT e Ricerca Europea
66
venerdì 28 febbraio 2014
KIC Food4Future: FoodBest Consortium
venerdì 28 febbraio 2014
Possible KIC Food evolution
venerdì 28 febbraio 2014
Grazie per l‘attenzione
e per l’invito
marco.dallarosa@unibo.it
Si ringraziano
Prof. F. Fava
Prof. N. Gontard
venerdì 28 febbraio 2014

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Gestione delle risorse: #Rifiuti

  • 1. Gestione delle risorse: Rifiuto/ Sottoprodotto Faenza, 25 Febbraio 2014 Marco Dalla Rosa Centro Interdipartimentale di Ricerca Industriale Agroalimentare Alma Mater Studiorum Università di Bologna Campus di Cesena venerdì 28 febbraio 2014
  • 2. OUTLINE Premessa Utilizzo di Scarti e Residui della lavorazione agricola: la bioraffineria Il problema del packaging e la Bioeconomy Lo spreco alimentare Utilizzo di Scarti e sottoprodotti di processo in uso alimentare Caratteristiche funzionali dei componenti recuperati Utilizzo composti di valore funzionale nel food design Conclusioni venerdì 28 febbraio 2014
  • 3. M.DallaRosa,UNIBO2013© ITALY and Emilia Romagna: On the Top in Food culture 2 257: Highest number of Geographical indications and traditional specialities venerdì 28 febbraio 2014
  • 4. M.DallaRosa,UNIBO2013© Le sfide e le opportunità: Beyond the borders society & Consumer’s well being sustainability crossing nutritional, clinical, psicological, social, cultural Environments 3 Changing Food Technology paradigm venerdì 28 febbraio 2014
  • 5. The Bioeconomy Using research and innovation to produce renewable raw materials sustainably in agriculture, forestry, fisheries and aquaculture… 5 …and to process renewable raw materials into value added products in the food, bio-based and energy industries. J. Lucas, 2013 venerdì 28 febbraio 2014
  • 6. OUTLINE Premessa Utilizzo di Scarti e Residui della lavorazione agricola: la bioraffineria Il problema del packaging e la Bioeconomy Lo spreco alimentare Utilizzo di Scarti e sottoprodotti di processo in uso alimentare Caratteristiche funzionali dei componenti recuperati Utilizzo composti di valore funzionale nel food design Conclusioni venerdì 28 febbraio 2014
  • 7. 7 White/Industrial Biotechnology (IB): a common challenge for the Technological Platforms "SusChem" and "Food for Life“ at the European and Italian level Fabio Fava Ph.D., Professor of Industrial & Environmental Biotechnology Faculty of Engineering Alma Mater Studiorum – University of Bologna E-mail: fabio.fava@unibo.it venerdì 28 febbraio 2014
  • 8. 8 Food-industry surplus Tailored crops Sugars (Lipids, Proteins, other chemicals) Biochemical treatment Food and nutrition products, new ingredients with beneficial health properties “ C o n s t r u c t i o n ” o f p l a n t s w i t h b e t t e r sensory, nutritional and production properties Proper enzymes and/or microbes in a suitable biotech process New/improved fermentative and enzymatic products with beneficial health properties. Improved production of microbes carrying bioactive agents IB for “Food for Life” : food quality & manifacturing Food-industry residues, wastes Agro-industry residues & surplus Prof. Fabio Fava - UNIBO venerdì 28 febbraio 2014
  • 9. 9 Biomass, Agroindustry (by)products Sugars (Lipids, proteins, etc Biospecialties Food ingredients Pharmaceuticals Fine chemicals Biomaterials Fine chemicals Chemo-physical treatment and/or enzymes Biofuels Ethanol, biodisel Hydrogen, biogas Bulk chemicals Base Chemicals Plants for the Future and EPOBIO Innovative and sustainable use of forest resources Food for Life Biofuels White Biotech/IB in the Food Value Chain IB: a common challenge for different ETPs H2 & fuel cells Textile & chlotings White Biotech/IB in the Non Food Value Chain Prof. Fabio Fava - UNIBO venerdì 28 febbraio 2014
  • 10. OUTLINE Premessa Utilizzo di Scarti e Residui della lavorazione agricola: la bioraffineria Il problema del packaging e la Bioeconomy Lo spreco alimentare Utilizzo di Scarti e sottoprodotti di processo in uso alimentare Caratteristiche funzionali dei componenti recuperati Conclusionivenerdì 28 febbraio 2014
  • 11. Packaging sostenibile Biodegradabilià Biopolimeri Riciclabilità Clean stream di poliolefine Vetro Metalli 11 venerdì 28 febbraio 2014
  • 12. Toward an eco-design of safe and sustainable bio-based packaging for food Nathalie GONTARD, EcoBioCAP coordinator, INRA, France H. ANGELLIER, C. GUILLAUME, V. GUILLARD (Univ. Montpellier II, Fr.), C. SCHÖNWEITZ (Fraunhofer IVV, Ge.), F. FAVA (Univ. Bologna, It.), C. LAGARON (CSIC, Es.), M. MAJONE (Univ. Roma. It.) venerdì 28 febbraio 2014
  • 13. M.DallaRosa,UNIBO2013© EFFoST 2013: Sessions Map & Topics 4 Food Security, Health, Food Safety, Climate Change and Sustainability are keywords of the next Horizon 2020 Societal Challenges. Chair M. Dalla Rosa venerdì 28 febbraio 2014
  • 14. INPUTS = Resources used Exhaustion vs Renewing • Energy • Materials • Land • Air • Water • Soil • Waste OUTPUTS = Emissions to… Accumulation vs Elimination Raw materials production or acquisition Manufacturing, processing, formulation Distribution, transportation Use, reuse, maintenance Waste production & management 14 Obsolescence vs Sustainability What sustainable means? Nathalie GONTARD, EcoBioCAP coordinator, INRA, France venerdì 28 febbraio 2014
  • 15. Fresh fruits and vegetables losses (FAO) Food and sustainability Nathalie GONTARD, EcoBioCAP coordinator, INRA, France venerdì 28 febbraio 2014
  • 16. Food production Food losses vs. Food waste Up to 40% Production, distribution, consumption Developing countries Developped countries Up to 20% responsible for obesity and other diseases Less than 50% of production reach the target 15% missing food 16 Food and sustainability Nathalie GONTARD, EcoBioCAP coordinator, INRA, France venerdì 28 febbraio 2014
  • 17. Food and sustainability Lotta allo spreco alimentare venerdì 28 febbraio 2014
  • 18. Cicli di vita dei polimeri Biodegradabili 18 venerdì 28 febbraio 2014
  • 20. Necessario valutare l’idoneità tecnologica 20 • Orientamento ad una sempre più ridotta dipendenza dalle risorse fossili: economia “biobased” e conseguente recupero di energia • Sviluppo di nuovi materiali “amici dell’ambiente” • Maggior valore aggiunto sul prodotto finale e minore impatto ambientale venerdì 28 febbraio 2014
  • 21. Texture Analyser TA.HDi type, with a Tensile Grip (A/TG) accessory Perkin-Elmer type Pyris DSC-6 Instrument Shimadzu DTG-60 simultaneous DTA-TG apparatus Sample Thickness Tester DM-G Perkin-Elmer-1725-X spectrophotometer GDP-C Brugger Feinmechanik GmbH permeability device Characterization venerdì 28 febbraio 2014
  • 22. Lyfe Cycle Assessment (LCA) can help set the right direction for product innovation Human Health Ecosystem Quality Climate Change Resources Damage Category Environmental Indicators Energy consumption Water consumption Solid waste Global warming Ozone depletion Human toxicity Acidification Eutrophication Aquatic ecotoxicity Multilayer Polymer Bag for Food Packaging Application venerdì 28 febbraio 2014
  • 24. ©MARCODALLAROSA,UNIBO,2010 Bando “Dai distretti produttivi ai distretti tecnologici” Progetto TEPASS ! Obbiettivo: testare una nuova tecnologia del settore plastico: un masterbatch pellets in granuli in grado di aumentare la biodegradabilità delle materie plastiche in alternativa alle ormai tradizionali "bioplastiche".  Gli additivi, offrono prodotti biodegradabili ma non propriamente compostabili Tali additivi, combinati con le resine plastiche tradizionali con un carico del solo 1%, rendono i prodotti finali completamente biodegradabili  La biodegradazione degli imballagggi realizzati con l'aggiunta degli additivi inizierà soltanto quando, terminato il loro naturale ciclo di vita e d'utilizzo, questi verranno a contatto (in discarica, nei compost, interrati o in qualsiasi altro luogo) con un'altra sostanza che si sta biodegradando. 24 venerdì 28 febbraio 2014
  • 25. CIRI Agroalimentare • www.agroalimentare.unibo.it • www.mam.unibo.it • cirifood@unibo.it • maurizio.fiorini@unibo.it •vincenzo.tumiatti@unibo.i t • CONTATTI • MatFood Project è un laboratorio avanzato di ricerca industriale sulle tematiche alimentari, nutraceutiche, dei cosmetici e dei materiali e tecnologie per il packaging. • Nato per rispondere alle richieste interdisciplinari di un settore ad altissima intensità tecnologica, MatFood Project coordina le attività di oltre 200 ricercatori con una dotazione strumentale di eccellenza, impegnati su decine di contratti di ricerca privata e numerosi progetti internazionali finanziati dalla Comunità Europea. • MatFood Project è una struttura che si sviluppa direttamente all’interno dell’industria manifatturiera attraverso laboratori “in azienda” in cui team misti università-impresa sviluppano soluzioni, prodotti e macchine innovative per il settore alimentare. • Nuovi materiali, nanotecnologie, sensoristica avanzata, importanti partnership industriali ed una consolidata esperienza nelle tecnologie alimentari e nutrizionistiche consentono a MatFood Project di progettare soluzioni innovative, realizzare prototipi e testarli sul campo. venerdì 28 febbraio 2014
  • 26. OUTLINE Premessa Utilizzo di Scarti e Residui della lavorazione agricola: la bioraffineria Il problema del packaging e la Bioeconomy Lo spreco alimentare Utilizzo di Scarti e sottoprodotti di processo in uso alimentare Caratteristiche funzionali dei componenti recuperati Conclusioni venerdì 28 febbraio 2014
  • 27. Esempio N.1: Produzione di Biovanillina da Crusca (a) Obiettivo: Sviluppare un processo per la produzione di vanillina naturale da crusca di grano (con Prof. M. Ruzzi, Univ. Viterbo e Prof. L. Setti, Univ. Bologna). Sponsor: MIUR (2 PRIN, 2002-05); Azienda (2006-08); FP7 NAMASTE (‘10-’12) Razionale: La Vanillina e’ uno dei flavour piu’ usati (12.000 ton/anno) E’ prodotta al 97% via ossidazione chimica di Guaiacolo e Lignina ( ~13 €/kg). La vanillina naturale si ottiene da Vanilla sp. (1% del mercato; ~2,000 €/kg). Puo’ essere anche prodotta da Acido Ferulico via conversione microbica; I costi della produzione biotecnologica possono essere ridotti usando microorganismi piu’ specifici, Acido Ferulico da sottoprodotti largamente disponibili a basso costo, come la crusca di grano (1.7 mil ton/anno in Italia), che lo contiene in grandi quantita’ (5 g/kg), attraverso un processo intensificato. Attivita’: a) pretrattamento enzimatico crusca per generare Acido Ferulico, b) ottenimento di un microorganismo produttore di vanillina e c) sviluppo di processo per la produzione e il recupero del prodotto. By courtesy of Prof. F. Fava venerdì 28 febbraio 2014
  • 28. Obiettivo: messa a punto di una strategia per la valorizzazione integrata dalle acque di vegetazione (~4 Milioni Ton/anno in Italia), attraverso la produzione di poliidrossialcanoati (PHA) ma anche polifenoli e biogas. (collaborazione con Prof. M. Majone, Università di Roma “La Sapienza”) Sponsor: MIUR (PRIN 06-07), Fondaz. Monte (08); FP7 EcoBioCap (11-14) Razionale: PHA sono polimeri biodegradabili, biocompatibili e, in particolare i copolimeri Poliidrossibutirato/Poliidrossivalerianato, hanno proprieta’ simili al polipropilene a bassa densita’. Molto interessanti per imballaggi alimentari. La loro produzione e’ di 45000 ton/anno ma diverra’ di 10 Milioni ton/anno nel 2020. Il loro costo (produzione con coltura pura su glucosio) e’ di 9€/kg (contro 1 €/kg del polietilene). Questo puo’ diminuire se li si produce da un rifiuto/effluente agroindustriale molto disponibile a basso costo, quale le acque di vegetazione. Approccio: Produzione di PHA da acque di vegetazione via loro digestione anaerobica verso acidi grassi (VFA) poi impiegati per alimentare colture miste acclimatate che producono PHA. I PHA vengono poi recuperati dalle cellule. Esempio 2: Valorizzazione integrata di acque di vegetazione (a) By courtesy of Prof. F. Fava venerdì 28 febbraio 2014
  • 29. NAMASTE - EU New Advances in the integrated Management of food processing wAste in India and Europe: use of Sustainable Technologies for the Exploitation of by-products into new foods and feeds KBBE-2009-2-7-02 “Valorization of by-products in food processing” Collaborative project (small/medium scale) in coordination with DBT (India) Coordinatore: Fabio Fava DICAM, Alma Mater Studiorum-University of Bologna - Italy ( fabio.fava@unibo.it) venerdì 28 febbraio 2014
  • 30. Approccio MARKETRAW MATERIA L FOOD PROCESSING BYPRODUC TS Characterization & Preservation Pre-treatment & Ingredient recovery New foods formulation (innovative and sustainable processes/ technologies) New feeds (for aquaculture) Assessment of products & processes/ technologies Identification of new market opportunities Knowledge transfer & exploitation By courtesy of Prof. F. Fava venerdì 28 febbraio 2014
  • 31. OUTLINE Premessa Utilizzo di Scarti e Residui della lavorazione agricola: la bioraffineria Il problema del packaging e la Bioeconomy Lo spreco alimentare Utilizzo di Scarti e sottoprodotti di processo in uso alimentare Caratteristiche funzionali dei componenti recuperati Utilizzo composti di valore funzionale nel food design Conclusioni venerdì 28 febbraio 2014
  • 32. 9 novembre 2006 approccio PAN & TAILORED FOODS (cibi su misura) Food and Drink Europe, Nov. 2006 Evidente un’urgente necessità per incrementare gli investimenti in R&D per supportare l’innovazione e promuovere la creazione di prodotti a valore aggiunto più elevato venerdì 28 febbraio 2014
  • 33. Incremento di funzionalità e sostenibilità Prodotti tradizionali arricchiti o fortificati Valutazione della reale efficacia degli interventi di arricchimento Controllo dei benefici in vivo necessario per claims Simulazione di rilascio bioattivi in fase digestiva 33 Numerosi esempi: Yogurt con steroli / prebiotici Patate al Selenio Piadina al Selenio Latti con fitosteroli e β-glucani Prodotti da forno con steroli Riscoperta di cereali antichi con maggiori funzionalità .............. venerdì 28 febbraio 2014
  • 34. 31 Caratterizzazione e produzione di ingredienti •Coloranti da fonti naturali vegetali, bacche e frutta •Alternativa ai coloranti sintetici o naturali estratti da fonti non alimentari venerdì 28 febbraio 2014
  • 35. © M. Dalla Rosa UNIBO 2013 utilizzo emergente della CO2 nella tecnologia alimentare ottenimento concentrati a media polarità, solubili anche nei lipidi, ottenuti per via fisica, senza solventi 35 Evoluzioni / Ricerca nel Food Design : estrazione con CO2 in fase supercritica da scarti e sottoprodotti venerdì 28 febbraio 2014
  • 36. ©M.DallaRosa2011 Alma Mater Studiorum University of Bologna Campus of Cesena Valorization of food residues in sustainable food innovation and new healthy food design Scientific Responsible Prof. Marco Dalla Rosa, PhD Campus of Food Science Piazza Goidanich 60 47521 CESENA (Italy) marco.dallarosa@unibo.it ETP Food For Life Brokerage Event, Bruxelles, 22.11.11 venerdì 28 febbraio 2014
  • 37. ©M.DallaRosa2011 - - Identification of potential raw materials venerdì 28 febbraio 2014
  • 38. ©M.DallaRosa2011 Sustainable food design: layers of intervention venerdì 28 febbraio 2014
  • 39. ©M.DallaRosa2011 Characterization and conversion into ingredients - - venerdì 28 febbraio 2014
  • 40. ©M.DallaRosa2011 - - Design of healthier foods and meals at sustainable cost venerdì 28 febbraio 2014
  • 41. Popolazione a rischio povertà at-risk-of-poverty (ROP) threshold, stabilito al 60 % del valore mediano del guadagno disponibile dopo aver considerato gli aiuti sociali Individuazione delle abitudine della popolazione ROP valutazione delle carenze o sbilanciamenti nutrizionali formulazione (Food design anche questo) usando ingredienti funzionali al bilanciamento della dieta dei ROP ma a basso costo 41 venerdì 28 febbraio 2014
  • 42. CENTRO LERICI - BERTINORO 10.12.2009 ©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009 Ricerca EU • KBBE.2010.2.3-03 Health-value-added food products for population groups at risk of poverty • ….. The health-value-added food products should be developed considering lower production costs, high accessibility, convenience, sensory quality, nutritional quality, shelf-life, and safety. venerdì 28 febbraio 2014
  • 43. CEN workshop Agreement x Chance Food  1 Scope This document specifies the general, specific requirements and labeling criteria of CHANCE food. It proves specific (as describe below) requirements relevant to raw and functional ingredients, food design and formulation, production process, packaging design and analytical approach for fruit, vegetables and animal origin based CHANCE food and ready-to eat- CHANCE pizza. Moreover it provides general labeling requirements for CHANCE food.  43 venerdì 28 febbraio 2014
  • 44. Utilizzo sottoprodotti 1. Berry cakes  fibre ingredients from the berry press cake (by product of berry juice process) which could be used in different type of products (yogurt, soup or shot). 2. Bioprocessed brans  fermentation with lactic acid bacteria has a well-known role in enhancing the nutritional properties as well as the texture and palatability of whole grain and fibre rich products.  Lactic acid bacteria fermentation is a useful tool to obtain specific results such as the increase in dietary fibre solubility and overall bioactivity, but selection of appropriate strains is an important pre-requisite for successful achievements.  The effect of bioprocessing on different particle size bran to enhance its nutritional properties have been investigated. 3. Tomato pomace (Tomato-processing by-product)  However, it is well known that the main source of fibre, but also of other micronutrients important for nutritionally correct food are contained in peels and seeds. Unfortunately, these parts of fruits are usually discarded as the by- products or the waste in majority of commonly used processing procedures applied in fruit and vegetable processing 44 venerdì 28 febbraio 2014
  • 45. CENTRO LERICI - BERTINORO 10.12.2009 ©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009 Elenco proprietà funzionali tecnologiche •capacità di legare e adsorbire acqua, solubilità •capacità emulsionante, •capacità addensante, •capacità adesiva, •capacità dispersiva, •capacità solubilizzante, •capacità gelificante, •capacità schiumogena, •capacità di legare aromi •capacità di rilasciare aromi, •capacità edulcorante, •capacità acidificante, •capacità aromatizzante, •capacità di abbassare l’attività dell’acqua, •capacità di innalzare la temperatura di transizione vetrosa •proprietà antiossidante •proprietà antimicrobica venerdì 28 febbraio 2014
  • 46. CENTRO LERICI - BERTINORO 10.12.2009 ©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009 Proprietà funzionali “protettive o nutraceutiche” (bioattività) • Effetto antiossidante antiradicalico (oxygen scavenger) • Promozione dello sviluppo della flora intestinale (prebiotico) • Bilanciamento nutrizionale (aa essenziali) • Riduzione colesterolo, prevenzione tumori intestinali, malattie cardiovascolari, diabete venerdì 28 febbraio 2014
  • 47. CENTRO LERICI - BERTINORO 10.12.2009 ©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009 Messa a punto di un componente funzionale proteico Recupero, isolamento e purificazione delle proteine su scala di laboratorio Valutazione proprietà funzionali su sistemi modello Sperimentazione del processo ottimizzato su scala pilota Feed-back / ottimizzaz. Condizioni operative Valutazione proprietà funzionali in formulazione si/no si/no ALL’USO INDUSTRIALE Modificazioni delle proprietà funzionali con mezzi fisici e/o chimici e/o enzimatici Studio fondamentale relazioni tra caratteristiche chimico-strutturali delle proteine e proprietà funzionali Feed-back / ottimizzaz. Condizioni operative venerdì 28 febbraio 2014
  • 48. CENTRO LERICI - BERTINORO 10.12.2009 ©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009 Fattori che influenzano la funzionalità FATTORI INTRINSECI • - composizione amminoacidica • - sequenza amminoacidica • - struttura secondaria e terziaria • - forze di stabilizzazione intramolecolari (interazioni ioniche e idrofobiche • - carica netta superficiale, idrofobicità effettiva • - struttura quaternaria • - interazioni secondarie (intra e inter-peptide) • - gruppi sostituenti (fosforico e glucidico) • - legame e/o gruppo prostetico (ferro, calcio, lipidi) • - gruppi disolfuro o tiolici Idrolizzati proteici da sottoprodotti venerdì 28 febbraio 2014
  • 49. CENTRO LERICI - BERTINORO 10.12.2009 ©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009 Fattori che influenzano la funzionalità FATTORI ESTRINSECI • Grado di degrassatura • Rapporto proteine/ proteasi • Tipo e condizioni di utilizzo di proteasi • Trattamenti tecnologici di separazione • Trattamenti termici • Acidità / pH • Forza ionica • Reazione di Maillard in stoccaggio Idrolizzati proteici da sottoprodotti venerdì 28 febbraio 2014
  • 50. CENTRO LERICI - BERTINORO 10.12.2009 ©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009 METODI DI VALUTAZIONE DELLE PROPRIETA’ FUNZIONALI • Approccio interdisciplinare • Analisi fine dei principi molecolari alla base della proprietà funzionali, con mezzi analitici chimici e fisici (NMR, NIR, ecc.) • Valutazione oggettiva con parametri fondamentali delle modificazioni chimiche, fisiche e enzimatiche Studio e ricerca a livello molecolare venerdì 28 febbraio 2014
  • 51. CENTRO LERICI - BERTINORO 10.12.2009 ©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009 VALUTAZIONE DELLE PROPRIETA’ FUNZIONALI • Ogni singola proprietà considerata singolarmente • Forte semplificazione del sistema • Carenza informazioni su relazioni tra prop. Funzionali • Difficoltà di trasferimento al sistema reale • Necessità di standards di riferimento -Analisi su sitemi modello Idrolizzati proteici da sottoprodotti venerdì 28 febbraio 2014
  • 52. CENTRO LERICI - BERTINORO 10.12.2009 ©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009 METODI DI VALUTAZIONE DELLE PROPRIETA’ FUNZIONALI • Maggiore affinità con lʼapplicabilità pratica • Scarsa ripetibilità • Non considera alcune variabili tecnologiche industriali • Scarsa riproducibilità di scala • Necessità di ricorrere a parametri reologici fondamentali • Necessità di evolvere dalla scala di laboratorio a quella pilota -Analisi su sistemi reali Idrolizzati proteici da sottoprodotti venerdì 28 febbraio 2014
  • 53. CENTRO LERICI - BERTINORO 10.12.2009 ©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009 Dal componente funzionale alla formulazione: Food / Feed (pet-food) design Necessaria l’impostazione di un piano sperimentale adeguato •CRITERI: Identificare ogni limite dei componenti della formulazione al fine di specificare la regione sperimentale •Identificare le variabili - risposta da misurare • Impostare un modello appropriato per prevedere i risultati in funzione dei componenti della miscela •Selezionare un piano sperimentale appropriato (DOE) Idrolizzati proteici da sottoprodotti venerdì 28 febbraio 2014
  • 54. CENTRO LERICI - BERTINORO 10.12.2009 ©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009 Proteine delle carni e componenti funzionali Yada, Proteins in food processing, CRC press, 2004 Idrolizzati proteici da sottoprodotti venerdì 28 febbraio 2014
  • 55. CENTRO LERICI - BERTINORO 10.12.2009 ©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009 Proprietà funzionali delle proteine carnee e modo di azione Yada, Proteins in food processing, CRC press, 2004 Idrolizzati proteici da sottoprodotti venerdì 28 febbraio 2014
  • 56. CENTRO LERICI - BERTINORO 10.12.2009 ©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009 Proprietà funzionali delle proteine allo stato nativo Solubilità Molto buona Dispersione Molto buona Capacità di legare acqua Buona Viscosità Buona Stabilità al calore Debole Capacità schiumogene Buona Stailità della schiuma Buona Capacità emulsionante Buona Stabilità dell'emulsione Molto buona Attitudine alla gelificazione Molto buona il trattamento tecnologico di produzione può modificare la struttura delle proteine e di conseguenza le proprietà funzionali Idrolizzati proteici da sottoprodotti venerdì 28 febbraio 2014
  • 57. CENTRO LERICI - BERTINORO 10.12.2009 ©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009 Cinetiche idratazione Siero UF Tempo (giorni) M(gH2O/100gs.s.) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 5 10 15 20 0,14 0,44 0,76 0,88 0,94 0,98 M finale K= dM/dt Giavedoni P., Bressa F. e Dalla Rosa M.: Proprietà funzionali di concentrati di siero ottenuti per ultrafiltrazione. 2: Capacità di idratazione. Il Latte, 1, 71-74, 1995 Idrolizzati proteici da sottoprodotti venerdì 28 febbraio 2014
  • 58. CENTRO LERICI - BERTINORO 10.12.2009 ©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009 Isoterme di adsorbimento Siero UF Attività dell'acqua M(gH2O/100gs.s.) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 UF 1 UF 2 Giavedoni P., Bressa F. e Dalla Rosa M.: Proprietà funzionali di concentrati di siero ottenuti per ultrafiltrazione. 2: Capacità di idratazione. Il Latte, 1, 71-74, 1995 Idrolizzati proteici da sottoprodotti venerdì 28 febbraio 2014
  • 59. CENTRO LERICI - BERTINORO 10.12.2009 ©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009 Capacità gelificante • Gel proteico riferito ad una entità visoelastica costituita di catene cross-linked in una struttura reticolare continua capace di immobilizzare una elevata quantità d’acqua Favorita da denaturazione termica e idrolisi per produrre polipeptidi in strutture lineari in grado di inglobare l’acqua Tracciato reometrico di proteine miofibrillari di fibre muscolari di pollo Yada, Proteins in food processing, CRC press, 2004 Idrolizzati proteici da sottoprodotti venerdì 28 febbraio 2014
  • 60. CENTRO LERICI - BERTINORO 10.12.2009 ©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009 Effetto idrolisi enzimatica • Miglioramento delle proprietà funzionali • Miglioramento della digeribilità • Maggiore possibilità di utilizzo dietetico • Utilizzo in formulazioni nutrizionali con arricchimento di amminoacidi essenziali • Maggiore possibilità di utilizzo di sottoprodotti della macellazione • Ingredienti per alimenti a basso costo (risk of poverty) Idrolizzati proteici da sottoprodotti venerdì 28 febbraio 2014
  • 61. CENTRO LERICI - BERTINORO 10.12.2009 ©MARCODALLAROSA,UNIBO,2009 Criticità nell’utilizzo di componenti / ingredienti funzionali proteici • Aspetti normativi / autorizzazioni • Possibile presenza di aspetti sensoriali sgraditi • Disomogeneità / incostanza delle materie prime • Componenti non proteiche – Dalla materia prima – Dal processo biochimico • Tendenze di mercato – Riduzione numero di ingredienti – Assenza di ingredienti semi-lavorati non disponibili al consumatore Idrolizzati proteici da sottoprodotti venerdì 28 febbraio 2014
  • 62. OUTLINE Premessa Utilizzo di Scarti e Residui della lavorazione agricola: la bioraffineria Il problema del packaging e la Bioeconomy Lo spreco alimentare Utilizzo di Scarti e sottoprodotti di processo in uso alimentare Caratteristiche funzionali dei componenti recuperati Utilizzo composti di valore funzionale nel food design Conclusioni venerdì 28 febbraio 2014
  • 63. Horizon 2020 WORK PROGRAMME 63 venerdì 28 febbraio 2014
  • 64. CIRI Agroalimentare Università di Bologna Campus di Cesena59 Direttore Prof. Marco Dalla Rosa venerdì 28 febbraio 2014
  • 65. ALMAFOOD IRT: FROM FORK TO FARM Food and Health: Biochemistry, Physiology and Nutrition Food and health: clinical aspects Food safety Plant food production Quality and processing of plant - derived food Animal food production Quality and processing of animal- derived food and feed By-products valorization Environmental impacts and sustainability of food production systems venerdì 28 febbraio 2014
  • 66. ALMAFOOD IRT e Ricerca Europea 66 venerdì 28 febbraio 2014
  • 67. KIC Food4Future: FoodBest Consortium venerdì 28 febbraio 2014
  • 68. Possible KIC Food evolution venerdì 28 febbraio 2014
  • 69. Grazie per l‘attenzione e per l’invito marco.dallarosa@unibo.it Si ringraziano Prof. F. Fava Prof. N. Gontard venerdì 28 febbraio 2014